FR2863014A1

FR2863014A1 - Fuel injectors temperature controlling device for motor vehicle, has solid bush limiting evacuation of heat at proximal portion of injection nozzle, and another solid bush evacuating heat at distal portion of nozzle, to cool nozzle

Info

Publication number: FR2863014A1
Application number: FR0314079A
Authority: FR
Inventors: Jean Pierre Rivere
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-03
Anticipated expiration: 2023-12-01
Also published as: FR2863014B1

Abstract

The device has a two heat transfer units with two solid bushes (15, 16) fixed on a cylinder head (6). The solid bush (15) with lower thermal conductivity limits the evacuation of heat at a proximal portion of an injection nozzle (4) of a fuel injector (1), and the bush (16) evacuates the heat at a distal portion of the nozzle, to cool the nozzle. The bushes have bores (18, 19) permitting a passage for the nozzle. Independent claims are also included for the following: (a) an internal combustion engine of a motor vehicle (b) a method of controlling temperature of a fuel injector of an internal combustion engine of a motor vehicle.

Description

Dispositif et procédé de contrôle de température d'un injecteur deDevice and method for controlling the temperature of an injector

carburant.fuel.

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de contrôle de température d'un injecteur de carburant comprenant des moyens d'évacuation de la chaleur du nez d'injection. The present invention relates to a device and a method for controlling the temperature of a fuel injector comprising means for evacuating the heat from the injection nose.

Un injecteur de carburant comprend un corps dans lequel est disposé un mécanisme de contrôle de débit du carburant prolongé à une extrémité par un nez d'injection muni d'orifices d'injection permettant d'introduire, à un instant donné, un volume de carburant à l'intérieur d'une chambre de combustion d'un moteur thermique. A fuel injector comprises a body in which is disposed a fuel flow control mechanism extended at one end by an injection nose provided with injection ports for introducing, at a given moment, a volume of fuel inside a combustion chamber of a heat engine.

Lors de leur fonctionnement, les injecteurs sont soumis à des phénomènes d'encrassement liés à la cokéfaction du carburant qui par effet de capillarité et de viscosité reste collé aux injecteurs. Le dépôt s'effectue généralement sur la surface externe du nez d'injection, mais peut également dans certains cas prendre naissance à l'intérieur même du corps de l'injecteur en obstruant les orifices d'injection. Ce dépôt, particulièrement néfaste pour l'injection du carburant et engendrant une perte de puissance du moteur, est causé par des températures de fonctionnement du nez d'injection trop élevées. During their operation, the injectors are subjected to fouling phenomena related to the coking of the fuel which, by capillary action and viscosity, remains stuck to the injectors. The deposition is generally carried out on the external surface of the injection nose, but may also in some cases arise within the body of the injector by obstructing the injection orifices. This deposit, particularly harmful for the injection of fuel and causing a loss of power of the engine, is caused by too high operating temperatures of the injection nose.

Pour assurer le bon fonctionnement d'un moteur à combustion comprenant au moins un injecteur de carburant, il est donc nécessaire 25 de prévoir un dispositif de refroidissement au niveau du nez d'injection de l'injecteur. To ensure the proper functioning of a combustion engine comprising at least one fuel injector, it is therefore necessary to provide a cooling device at the injection nozzle of the injector.

La demande de brevet WO 98/55565 prévoit à cet effet de disposer, autour du nez d'injection, des moyens d'évacuation de la chaleur comprenant un circuit de refroidissement traversé par un fluide 30 caloporteur, un échangeur thermique permettant de refroidir le fluide caloporteur, une vanne et une pompe assurant la circulation dudit fluide. The patent application WO 98/55565 provides for this purpose to have, around the injection nose, heat removal means comprising a cooling circuit traversed by a heat transfer fluid, a heat exchanger for cooling the fluid coolant, a valve and a pump ensuring the circulation of said fluid.

Une telle solution présente l'inconvénient d'être particulièrement complexe à réaliser et engendre des coûts de mise en oeuvre importants. Such a solution has the disadvantage of being particularly complex to achieve and generates significant implementation costs.

La présente invention a pour objet de permettre un contrôle de température de l'extrémité d'un nez d'un injecteur de carburant par des moyens plus simples et de moindres coûts. The present invention aims to allow a temperature control of the end of a nose of a fuel injector by simpler means and lower costs.

A cet effet, le dispositif de contrôle de température d'un injecteur de carburant du type comprenant un corps et un nez d'injection, comprend des moyens d'évacuation de la chaleur du nez d'injection agencés de façon à évacuer plus de chaleur sur une portion distale du nez d'injection. For this purpose, the temperature control device of a fuel injector of the type comprising a body and an injection nose, comprises means for evacuating the heat of the injection nozzle arranged so as to evacuate more heat. on a distal portion of the injection nose.

Un tel dispositif de contrôle de température présente l'avantage de comprendre des moyens d'évacuation de la chaleur permettant de refroidir de façon plus importante la portion distale du nez de l'injecteur que la portion proximale. Pendant le fonctionnement de l'injecteur, il est en effet nécessaire d'éviter à la portion distale du nez d'injection, en contact avec le feu existant dans la chambre à combustion, de fonctionner à des températures proches de la température de cokéfaction du carburant afin d'éviter un dépôt de carburant à l'extrémité du nez d'injection. Le dispositif de contrôle de température de l'injecteur permet d'éviter la formation d'un tel dépôt au niveau des orifices d'injection situés à l'extrémité du nez d'injection et assure ainsi une bonne introduction du jet de carburant à l'intérieur de la chambre de combustion lors du fonctionnement du moteur thermique. Such a temperature control device has the advantage of including means of heat removal to cool more significantly the distal portion of the nose of the injector than the proximal portion. During the operation of the injector, it is indeed necessary to prevent the distal portion of the injection nose, in contact with the existing fire in the combustion chamber, from operating at temperatures close to the coking temperature of the fuel to prevent fuel deposition at the end of the injection nose. The device for controlling the temperature of the injector makes it possible to avoid the formation of such a deposit at the injection orifices situated at the end of the injection nose and thus ensures a good introduction of the jet of fuel to the fuel injection nozzle. inside the combustion chamber during operation of the engine.

Les moyens d'évacuation de la chaleur peuvent avantageusement comprendre au moins deux éléments de transfert de chaleur, superposés suivant un axe principal du nez d'injection, disposés au niveau dudit nez d'injection, et définissant un passage pour ledit nez d'injection. The heat evacuation means may advantageously comprise at least two heat transfer elements superimposed along a main axis of the injection nose, disposed at said injection nose, and defining a passage for said injection nose. .

Dans un mode de réalisation, chaque élément de transfert de chaleur comprend une bague massive, un matériau d'une bague massive ayant une conductivité thermique différente d'un autre matériau d'une autre bague massive. In one embodiment, each heat transfer element comprises a solid ring, a material of a solid ring having a thermal conductivity different from another material of another solid ring.

Un tel dispositif de contrôle de température, de construction simple, permet également d'engendrer un coût de fabrication relativement restreint. En effet, lorsque l'injecteur est disposé sur la culasse, il suffit de monter les éléments de transfert de chaleur du dispositif de contrôle de température comprenant les bagues massives entre la culasse et la tête d'injecteur. Le contrôle de la température de la tête d'injection se faisant par conduction, il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens spécifiques à l'utilisation d'un refroidissement par convection engendrant des coûts importants. Such a temperature control device, of simple construction, also allows to generate a relatively small manufacturing cost. Indeed, when the injector is disposed on the cylinder head, it is sufficient to mount the heat transfer elements of the temperature control device comprising the solid rings between the cylinder head and the injector head. The control of the temperature of the injection head being done by conduction, it is not necessary to provide specific means for the use of convection cooling generating significant costs.

Un tel dispositif de contrôle de température ne nécessite pas en outre d'entretien spécifique pour réaliser correctement le refroidissement de la tête d'injection. Such a temperature control device does not require further specific maintenance to properly perform the cooling of the injection head.

Dans un mode de réalisation, la bague massive entoure le nez d'injection. In one embodiment, the massive ring surrounds the injection nose.

De préférence, le dispositif comprend un moyen de fixation sur une culasse d'un moteur thermique à combustion interne de véhicule automobile. Preferably, the device comprises a fastening means on a cylinder head of an internal combustion engine of a motor vehicle.

L'invention concerne également un moteur thermique à combustion interne de véhicule automobile, comprenant au moins un injecteur et un dispositif de contrôle de température d'un injecteur comprenant des moyens d'évacuation de la chaleur du nez d'injection agencés de façon à évacuer plus de chaleur sur une portion distale de le nez d'injection. The invention also relates to an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising at least one injector and a device for controlling the temperature of an injector, comprising means for evacuating the heat of the injection nose arranged so as to evacuate more heat on a distal portion of the injection nose.

L'invention concerne enfin un procédé de contrôle de température d'un d'injecteur de carburant du type comprenant un corps et un nez d'injection, dans lequel on refroidit de façon différentielle le nez d'injection. Avantageusement, on peut refroidir d'une manière plus importante une portion distale du nez d'injection. Le refroidissement peut être réalisé par conduction. The invention finally relates to a method for controlling the temperature of a fuel injector of the type comprising a body and an injection nose, in which the injection nose is cooled in a differential manner. Advantageously, a distal portion of the injection nose can be cooled more significantly. Cooling can be achieved by conduction.

L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation détaillé décrit à titre d'exemple nullement limitatif, et illustré par le dessin annexé, montrant schématiquement un injecteur de carburant muni d'un dispositif de contrôle de température, monté sur une culasse d'un moteur thermique à combustion interne. The invention will be better understood from the study of a detailed embodiment described by way of non-limiting example, and illustrated by the accompanying drawing, schematically showing a fuel injector provided with a temperature control device, mounted on a cylinder head of an internal combustion engine.

Un injecteur de carburant 1 comprend un corps 2, de forme générale sensiblement cylindrique, comprenant à une extrémité un actionneur 3 et à l'autre extrémité un nez d'injection 4, en saillie dans une chambre de combustion 5, formée par la surface supérieure d'un piston (non représenté) et une culasse 6. Un dispositif de contrôle de température 7, monté au niveau de la culasse 6, entoure le nez d'injection 4. A fuel injector 1 comprises a body 2, of generally cylindrical general shape, comprising at one end an actuator 3 and at the other end an injection nose 4, projecting into a combustion chamber 5, formed by the upper surface. a piston (not shown) and a cylinder head 6. A temperature control device 7, mounted at the cylinder head 6, surrounds the injection nose 4.

Le corps 2 de l'injecteur de carburant 1 comprend une saillie radiale 8, située axialement à proximité de l'actionneur 3, muni d'un alésage fileté 9 apte à recevoir un moyen de raccordement 10 permettant l'entrée du carburant au niveau de l'injecteur 1. L'alésage fileté 9 est prolongé suivant son axe par un premier alésage 10 relié à un deuxième alésage 11 s'étendant axialement le long du corps 2 de l'injecteur 1, lui-même relié à un troisième alésage 12 incliné par rapport à l'axe du cylindre de façon à rejoindre un évidement annulaire 13 situé au niveau de l'axe du corps 2, à proximité du dispositif de contrôle de température 7. L'évidement annulaire 13 est relié à un alésage 20 s'étendant axialement de l'actionneur 3 à l'extrémité du nez d'injection 4. A l'intérieur de l'alésage 20, une aiguille 14, s'étendant de l'extrémité supérieure du corps 2 jusqu'à l'extrémité du nez d'injection 4, comprend au niveau de l'évidement annulaire 13 une portion amoindrie 14a, de diamètre inférieur de l'ordre de quelque dixième de millimètres au diamètre de l'alésage 20, de façon à créer un passage annulaire 20a entre l'alésage 20 et l'aiguille 14. Les alésages 9, 10, 11 et 12 ainsi que l'évidement annulaire 13 et le passage annulaire 20a forment le circuit de circulation du carburant à l'intérieur du corps 2. The body 2 of the fuel injector 1 comprises a radial projection 8 located axially close to the actuator 3, provided with a threaded bore 9 adapted to receive a connection means 10 allowing the entry of the fuel at the level of the injector 1. The threaded bore 9 is extended along its axis by a first bore 10 connected to a second bore 11 extending axially along the body 2 of the injector 1, itself connected to a third bore 12 inclined relative to the axis of the cylinder so as to join an annular recess 13 located at the axis of the body 2, close to the temperature control device 7. The annular recess 13 is connected to a bore 20 s extending axially from the actuator 3 to the end of the injection nose 4. Inside the bore 20, a needle 14, extending from the upper end of the body 2 to the end of the injection nose 4, comprises at the level of the annular recess 13 a reduced portion 14a, of smaller diameter on the order of a tenth of a millimeter to the diameter of the bore 20, so as to create an annular passage 20a between the bore 20 and the needle 14. The bores 9, 10, 11 and 12 and the annular recess 13 and the annular passage 20a form the fuel circulation circuit inside the body 2.

Le nez d'injection 4, en saillie dans la chambre de combustion 5, de diamètre extérieur sensiblement inférieur à celui du corps 1, comprend à son extrémité une portion tronconique 4a. Des orifices d'injection de carburant respectivement 21, 22 et 23 sont disposés au niveau des flans inclinés de la portion tronconique 4a et au niveau de la portion plate d'extrémité 4b du nez d'injection 4. L'extrémité de la portion amoindrie 14a de l'aiguille 14, de forme correspondante avec la forme du nez d'injection 4, permet d'obturer les orifices d'injection de carburant 21, 22 et 23, lors de son déplacement axial par l'intermédiaire de l'actionneur 3 représentant schématiquement un mécanisme de contrôle de débit. The injection nose 4, projecting into the combustion chamber 5, of outside diameter substantially smaller than that of the body 1, comprises at its end a frustoconical portion 4a. Fuel injection orifices 21, 22 and 23 are respectively arranged at the inclined blanks of the frustoconical portion 4a and at the flat end portion 4b of the injection nose 4. The end of the reduced portion 14a of the needle 14, of corresponding shape with the shape of the injection nose 4, makes it possible to seal the fuel injection orifices 21, 22 and 23, during its axial displacement via the actuator 3 schematically showing a flow control mechanism.

Le nez d'injection 4 est logé dans la culasse 6 par l'intermédiaire du dispositif de contrôle de température 7 comprenant deux éléments de transfert de chaleur constitué par deux bagues massives 15 et 16 fixées sur la culasse 6. La bague massive 15, affleurant avec une surface extérieure 6a de la culasse 6, est en contact avec une portion proximale du nez d'injection 4. La bague massive 15 est superposée suivant un axe principal 4c du nez d'injection 4 à la bague massive 16 en contact avec une portion distale du nez d'injection 4 et affleurant avec une surface intérieure 6b de la culasse 6. Les bagues massives 15 et 16 comprennent un alésage, respectivement 18 et 19 permettant le passage du nez d'injection 4. De préférence, le nez d'injection 4 est en contact avec les alésages 18 et 19 des bagues massives 15 et 16. Ce contact conducteur permet de réaliser le transfert de chaleur entre le nez d'injection 4 et la culasse 6, par l'intermédiaire des bagues massives 15 et 16, de façon à refroidir le nez d'injection 4. Une rondelle d'étanchéité 17 est disposée en contact avec le corps 2 de l'injecteur 1 et la bague massive 16. The injection nose 4 is housed in the cylinder head 6 via the temperature control device 7 comprising two heat transfer elements consisting of two solid rings 15 and 16 fixed to the cylinder head 6. The solid ring 15, flush with an outer surface 6a of the yoke 6, is in contact with a proximal portion of the injection nose 4. The solid ring 15 is superimposed along a main axis 4c of the injection nose 4 to the solid ring 16 in contact with a distal portion of the injection nose 4 and flush with an inner surface 6b of the cylinder head 6. The solid rings 15 and 16 comprise a bore, respectively 18 and 19 for the passage of the injection nose 4. Preferably, the nose injection 4 is in contact with the bores 18 and 19 of the solid rings 15 and 16. This conductive contact makes it possible to carry out the heat transfer between the injection nose 4 and the cylinder head 6, via the solid rings 15 and16, so as to cool the injection nose 4. A sealing washer 17 is disposed in contact with the body 2 of the injector 1 and the solid ring 16.

La bague massive 15 est constituée d'un matériau ayant une faible conductivité thermique, par exemple l'acier, la céramique ou le plomb. La bague massive 15 a de préférence une épaisseur allant de 4 à 7 millimètres. La bague massive 16 est constituée d'un matériau ayant une conductivité thermique supérieure à celui du matériau de la bague massive 15, par exemple le cuivre. La bague massive 16 a de préférence une épaisseur allant de 3 à 6 millimètres. The solid ring 15 is made of a material having a low thermal conductivity, for example steel, ceramic or lead. The solid ring 15 preferably has a thickness ranging from 4 to 7 millimeters. The solid ring 16 is made of a material having a thermal conductivity greater than that of the material of the solid ring 15, for example copper. The solid ring 16 preferably has a thickness ranging from 3 to 6 millimeters.

Les bagues 15 et 16 présentent un diamètre extérieur largement supérieur à leur épaisseur, de préférence le rapport du diamètre extérieur par l'épaisseur est compris dans un intervalle de 5 à 6. L'épaisseur ainsi que le diamètre des bagues massives 15 et 16 peuvent être adaptés en fonction du type de carburant injecté par l'injecteur 1, de façon à dissiper suffisamment de chaleur afin que le nez d'injection 4 de l'injecteur 1 fonctionne à une température inférieure à la température de cokéfaction du carburant injecté. The rings 15 and 16 have an outer diameter much greater than their thickness, preferably the ratio of the outside diameter by the thickness is in a range of 5 to 6. The thickness as well as the diameter of the solid rings 15 and 16 can be adapted according to the type of fuel injected by the injector 1, so as to dissipate enough heat so that the injection nozzle 4 of the injector 1 operates at a temperature below the coking temperature of the fuel injected.

Bien entendu, les bagues massives 15 et 16 peuvent avoir des épaisseurs différentes. En effet, plus l'épaisseur de la bague massive 16 est importante, plus le flux de chaleur évacué est grand. Il est également possible de prévoir une bague massive 16 affleurant avec la portion tronconique du nez d'injection 4 afin d'obtenir un meilleur refroidissement de la portion distale du nez d'injection 4. Of course, the solid rings 15 and 16 may have different thicknesses. Indeed, the greater the thickness of the solid ring 16, the greater the heat flow evacuated is large. It is also possible to provide a solid ring 16 flush with the frustoconical portion of the injection nose 4 to obtain a better cooling of the distal portion of the injection nose 4.

Dans une variante de réalisation, il serait possible de monter une douille isolante, le long de la portion proximale du nez d'injection 4 correspondant à la bague massive 15, afin de réduire le transfert de chaleur au niveau de cette portion et de le favoriser au niveau de la portion distale du nez d'injecteur 4. Dans ce cas, les deux bagues massives 15 et 16 pourraient être réalisées dans un même matériau ayant une bonne conductivité thermique, par exemple l'acier, la céramique ou le plomb, et comprendre au niveau de la portion proximale du nez d'injection 4 un épaulement sur l'alésage apte à permettre le montage de la douille isolante. Il est également envisageable de prévoir une unique bague massive comprenant une telle douille isolante. In an alternative embodiment, it would be possible to mount an insulating sleeve, along the proximal portion of the injection nose 4 corresponding to the solid ring 15, in order to reduce the heat transfer at this portion and to promote it. at the level of the distal portion of the injector nose 4. In this case, the two solid rings 15 and 16 could be made of the same material having good thermal conductivity, for example steel, ceramic or lead, and include at the level of the proximal portion of the injection nose 4 a shoulder on the bore adapted to allow the mounting of the insulating sleeve. It is also conceivable to provide a single solid ring comprising such an insulating sleeve.

Les bagues massives 15 et 16 sont fixées au niveau de la culasse 6 par l'intermédiaire d'un filetage (non représenté). Bien entendu, ce mode de fixation n'est nullement limitatif, il peut être également envisageable de réaliser directement l'insertion des bagues massives 15 et 16 au moment de la fabrication de la culasse 6 par fonderie, ou encore de fixer les bagues 15 et 16 dans la culasse par sertissage ou par tout autre moyen capable de maintenir l'étanchéité de la culasse 6. The solid rings 15 and 16 are fixed at the yoke 6 via a thread (not shown). Of course, this method of attachment is in no way limiting, it may also be possible to directly perform the insertion of the solid rings 15 and 16 at the time of manufacture of the cylinder head 6 by casting, or to fix the rings 15 and 16 in the cylinder head by crimping or by any other means capable of maintaining the tightness of the cylinder head 6.

Pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, le dispositif de contrôle de température 7 permet de régler la température maximale de la portion distale du nez d'injection 4 par l'intermédiaire de la bague massive 16 qui évacue la chaleur se trouvant au niveau du nez d'injection 4. La bague massive 15, de plus faible conductivité thermique, permet de limiter l'évacuation de la chaleur au niveau de la portion proximale du nez d'injection 4. La chaleur est ainsi principalement évacuée au niveau de la bague massive 16. La température de la portion distale du nez d'injection 4 peut ainsi être maintenue inférieure à la température de cokéfaction du carburant. During the operation of the internal combustion engine, the temperature control device 7 makes it possible to adjust the maximum temperature of the distal portion of the injection nose 4 by means of the solid ring 16 which discharges the heat at the level of the Injection nose 4. The massive ring 15, of lower thermal conductivity, limits heat evacuation at the proximal portion of the injection nose 4. The heat is thus mainly discharged at the level of the ring. 16. The temperature of the distal portion of the injection nose 4 can thus be kept lower than the coking temperature of the fuel.

La présente invention permet ainsi d'obtenir un dispositif de contrôle de température de construction particulièrement simple et efficace, réalisant un refroidissement localisé sur une portion du nez d'injection en contact avec les flammes générées à l'intérieur de la chambre de combustion afin d'éviter un dépôt de coke à l'intérieur des orifices d'injection du carburant générant une baisse de puissance du moteur thermique. The present invention thus makes it possible to obtain a particularly simple and efficient construction temperature control device, providing localized cooling on a portion of the injection nose in contact with the flames generated inside the combustion chamber in order to avoid a deposit of coke inside the fuel injection orifices generating a power reduction of the engine.

Claims

1. Device for controlling the temperature (7) of a fuel injector (1) of the type comprising a body (2) and an injection nose (4), comprising means for evacuating the heat from the nose of injection (4) characterized in that the heat removal means are arranged to remove more heat on a distal portion of the injection nose (4).

2. Device according to claim 1, characterized in that the heat removal means comprise at least two heat transfer elements, superimposed along a main axis (4c) of the injection nose (4), arranged at level of said injection nose (4), and defining a passage for said injection nose (4).

3. Device according to claim 2, characterized in that each heat transfer element comprises a solid ring (15, 16), a material of a solid ring (15) having a thermal conductivity different from another material d another massive ring (16).

4. Device according to claim 3, characterized in that the solid ring (15) surrounds the injection nose (4).

5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a fixing means on a cylinder head (6) of an internal combustion engine of a motor vehicle.

6. Internal combustion engine of a motor vehicle, comprising at least one injector (1) and a temperature control device (7) of an injector (1) of the type comprising a body (2) and an injection nose (4), and comprising means for evacuating the heat of the injection nose (4), characterized in that the heat-evacuation means are arranged in such a manner as to evacuate more heat on a distal portion of the nose Injection (4).

7. A method for controlling the temperature of a fuel injector (1) of the type comprising a body (2) and an injection nose (4), in which the injection nose is cooled in a differential manner ( 4).

8. Process according to claim 7, characterized in that a distal portion of the injection nose (4) is cooled more significantly.

9.Procédé according to claims 7 or 8, characterized in that the cooling of the injection nose (4) by conduction.